熵權可拓物元模型的水資源利用范文

本站小編為你精心準備了熵權可拓物元模型的水資源利用參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《西北水電雜志》2015年第二期

1模型簡介

可拓物元模型是將物元R及其三要素Q、C、U記作有序的三元組R=(Q,C,U)來描述對象、特征、關系的模型，其中，Q為對象、C為對象的特征、U為Q關于C的量值。利用熵權可拓物元模型評價水資源可持續(xù)利用狀況的主要步驟如下：

1.1建立經典物元模型為形成水資源可持續(xù)利用評價等級物元，需劃分m級評價標準，形成m個評價等級物元，每個評價等級物元包含n個評價指標，建立起水資源可持續(xù)利用評價經典物元模型。

1.2建立節(jié)域物元模型為形成水資源可持續(xù)利用評價指標物元，建立節(jié)域物元模型，將n個評價指標合成1個物元。水資源可持續(xù)利用評價的節(jié)域物元模型可表示為。式中：P為水資源可持續(xù)利用程度的評價標準；Ci為等級標準的評價指標；Tpi為P關于Ci的每個評價指標的范圍（節(jié)域）；api、bpi分別為節(jié)域下限和上限；i=1，2，„，n。

1.3建立待評物元模型為形成水資源可持續(xù)利用程度物元，建立如下待評物元模型。式中：Q為水資源可持續(xù)利用程度；Ci為等級標準的水資源可持續(xù)利用評價指標；Ti為Q關于評價指標Ci的實際值（原始數(shù)據(jù)）。

1.4計算待評物元關于各評價等級的關聯(lián)函數(shù)關聯(lián)函數(shù)表示物元的量值取值為實軸上一點時，物元符合要求的范圍程度。水資源可持續(xù)利用程度的關聯(lián)函數(shù)定義為。關聯(lián)度Kj(Ti)的含義為：當Kj(Ti)<-1，表明某一評價指標不符合某一等級標準，且不具備轉化為符合該等級標準要求的條件，值越小，離該等級標準要求越遠；當-1≤Kj(Ti)<0，表明某一評價指標不符合某一等級標準，但具備轉化為符合該等級標準要求的條件；當0≤Kj(Ti)≤1，表明某一評價指標符合某一等級標準，值越大，離該等級標準要求越近；當Kj(Ti)>1，說明某一評價指標超過某一等標準要求，值越大，該指標效果越好。

1.5計算指標權重評價指標權重的確定是建模評價的關鍵環(huán)節(jié)，權重賦予合理與否直接關系到評價結果的可信度。為有效避免指標權重賦值的主觀隨意性，本文采用客觀賦權法——熵權法來計算評價指標權重，具體參見文獻[8]。

1.6計算待評物元的綜合關聯(lián)度將各評價指標與等級標準之間的關聯(lián)度值進行加權求和，得到加權關聯(lián)度值。按照最大隸屬度原則，在所求得的綜合關聯(lián)度值中，最大綜合關聯(lián)度值所處的等級就是水資源可持續(xù)利用程度的評價等級。

2指標體系與評價標準構建

指標體系構建指標體系構建是建模評價水資源可持續(xù)利用程度的基礎。遵循科學性、系統(tǒng)性、層次性、動態(tài)性等原則，本文在借鑒前人研究成果[9]的基礎上，結合新疆和田地區(qū)水資源的實際情況，從水資源系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、經濟系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)4個方面入手，初步建立起由16個單項指標構成的水資源可持續(xù)利用程度評價指標體系，之后對屬于同一準則層的評價指標作相關分析，相關性顯著的同類指標只保留一個，經篩選，構建起包含14個評價指標的水資源可持續(xù)利用評價體系（見表1）。該體系包括人均水資源量（C1，m3）、單位面積水資源量（C2，萬m3•km-2）與供水模數(shù)（C3，萬m3•km-2）這3項指標；社會系統(tǒng)包括人口密度（C4，人•km-2）、人口自然增長率（C5，‟）與城鎮(zhèn)化率（C6，%）這3項指標；經濟系統(tǒng)包括人均GDP產值（C7，元）、GDP年增長率（C8，%）、耕地灌溉率（C9，%）與第一產業(yè)占GDP比例（C10，%）這4項指標；生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)包括林草地覆蓋率（C11，%）、生態(tài)環(huán)境用水率（C12，%）、地下水開采率（C13，%）與工業(yè)廢水處理率（C14，%）這4項指標。評價標準是定量評價的前提，參考文獻[11]，將水資源可持續(xù)利用評價指標劃分為5個等級標準：高（Ⅰ級）、較高（Ⅱ級）、中（Ⅲ級）、較低（Ⅳ級）、低（Ⅴ級），并對每個評價等級賦予分級標準。對于物元可拓學來說，水資源可持續(xù)利用分級標準和評價指標值即為可拓學的物元，14個評價指標即為物元特征，分級標準值及評價指標實際值即為事物關于特征的量值（見表2）。

3模型應用

3.1研究區(qū)概況新疆和田地區(qū)位于塔里木盆地南緣，南臨昆侖山與喀喇昆侖山，北倚塔克拉瑪干沙漠，下轄和田市、和田縣、墨玉縣、于田縣、皮山縣、洛浦縣、策勒縣與民豐縣七縣一市，總區(qū)劃面積24.78萬km2，總人口212.34萬人（截止2012年年底）。和田地區(qū)為典型的干旱區(qū)荒漠氣候，降雨稀少而蒸發(fā)強烈，多年平均降水量33.5mm，蒸發(fā)量2602mm（E20小型蒸發(fā)皿），蒸降比高達77.7，年均日照時數(shù)2610.5h，年均氣溫12.2℃，有效積溫在4200℃以上，無霜期185d。和田地區(qū)各縣市基本上是“一縣一河”，主要有安迪爾河（民豐縣）、克里雅河（于田縣）、策勒河（策勒縣）、和田河（和田市、和田縣、墨玉縣）、皮山河（皮山縣）等發(fā)源于昆侖山和喀喇昆侖山的大小河流36條，年徑流量約73.45億m3。研究區(qū)河流徑流量的季節(jié)反差極大，水資源時空、地域分配不均。由于水資源是干旱區(qū)綠洲實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的保障，因此開展水資源可持續(xù)利用評價對于和田地區(qū)的經濟社會良性發(fā)展具有重要意義。

3.2評價模型構建（1）確定經典物元、節(jié)域物元以及待評物元矩陣。根據(jù)上述建模原理，首先建立水資源可持續(xù)利用評價等級的經典物元模型，對于高（Ⅰ級）來講，j=1，則經典物元矩陣為。（2）計算評價指標實際值與經典域和節(jié)域之間的距。利用式（5）與式（6）計算出各評價指標實際值與經典域、節(jié)域的距（見表3）。（3）計算待評物元關于各評價等級的關聯(lián)函數(shù)。根據(jù)各評價指標實際值與經典域、節(jié)域的距，利用式（4）計算出評價指標關于評價等級的關聯(lián)函數(shù)值（見表4）。（4）計算各評價指標熵權及各評價等級綜合關聯(lián)度值。根據(jù)熵權法計算出各評價指標的熵權wi=（0.0781，0.0708，0.065，0.0744，0.0436，0.0908，0.0586，0.0820，0.0427，0.0671，0.0815，0.1339，0.0664，0.0449）。根據(jù)表4中的關聯(lián)度值，利用式（7）、式（8）計算得各評價等級的加權關聯(lián)度和綜合關聯(lián)度（見表5）。由熵權計算結果可知，14個評價指標中，熵權較大的為生態(tài)環(huán)境用水率（C12）、城鎮(zhèn)化率（C6）、GDP年增長率（C8）和林草地覆蓋率（C11），熵權值分別為0.1339、0.0908、0.0820與0.0815，均超過0.08，這說明上述4因素是目前影響和田地區(qū)水資源可持續(xù)利用的主要因素；綜合關聯(lián)度最大值為1.000，研究區(qū)水資源可持續(xù)利用等級為較高（Ⅱ級），并有向中等（Ⅲ級）轉化的趨勢。（5）評價結果檢驗。為了檢驗本文所建模型的準確性，利用文獻[9]評價結果（2012年和田地區(qū)水資源可持續(xù)利用評價等級為Ⅱ級）進行復核。結果表明，兩種方法計算結果完全一致，這不僅驗證了本模型的準確性，也實現(xiàn)了方法對方法的檢驗。

4結論及討論

本文在構建水資源可持續(xù)利用評價指標體系的基礎上，嘗試采用熵權可拓物元模型，定量評價新疆和田地區(qū)2012年水資源可持續(xù)利用狀況，研究結果表明：（1）2012年，新疆和田地區(qū)水資源可持續(xù)利用評價等級為Ⅱ級，并有向中（Ⅲ級）轉化的趨勢；生態(tài)環(huán)境用水率、城鎮(zhèn)化率、GDP年增長率和林草地覆蓋率是目前影響和田地區(qū)水資源可持續(xù)利用的主要因素。（2）建立在可拓集合論和物元理論基礎上的物元模型，通過關聯(lián)函數(shù)和綜合關聯(lián)度來反應評價單元對某個評價等級的隸屬度，一定程度上提高了評價的精確度，熵權法確定指標權重，有效規(guī)避了指標權重設置的主觀隨意性，與相關研究成果比較，取得了較為滿意的結果，熵權可拓物元模型在水資源可持續(xù)利用評價方面實用可行。（3）由于各縣（市）相關評價指標數(shù)據(jù)難以獲取，本文只對和田地區(qū)水資源可持續(xù)利用情況進行了總體評價，評價結果僅反映了研究區(qū)水資源可持續(xù)利用整體狀況，不能體現(xiàn)各縣（市）間水資源可持續(xù)利用程度的差異。下一步應加大調研力度，努力獲取各縣（市）的評價指標數(shù)據(jù)，以縣（市）為基本單元開展水資源可持續(xù)利用評價，揭示研究區(qū)水資源可持續(xù)利用的空間差異性。

作者：魏光輝單位：新疆農業(yè)大學水利與土木工程學院